6ES7315-2AH14-0AB0型号介绍

6ES7315-2AH14-0AB0型号介绍

 1．前言         

漾头水电站’>水电站位于贵州省铜仁市四周，装机容量为2x8000kw，水轮机为轴流转桨式，设计水头为18m。原调速器为某厂生产的模拟电液调速器，机械控制部分采用电液转换器，放大部分采用主配压阀，接力器与主配压阀开环无反馈；在电气上采用模拟电子调节器，抗干扰性能差；自动运行时，常误动作。自投进运行以来，随着长时间的运行，机械的磨损，电气分立元件的老化严重地影响机组的安全运行。
原调速器存在的主要题目是：
1)抗卡阻效果差。调速器对油质要求较高，常卡阻，不能保长期自动运行。
2)运行操纵不方便。由于机械磨损主配压阀渗漏造成接力器漂移，且手动运行时无反馈，运行职员总要不断的调整，劳动强度较大。
3)抗干扰能力差。任何电磁干扰都可能造成调速器误动作。
4)检验维护不方便。调整环节太多，每次检验后，仅调整各个节流阀就需要几天时间。
2．改造方案
针对漾头水电站’>水电站的具体情况，拟定如下改造方案：
方案一.用zfst－100型数字阀pcc可编程智能调速器整机替换原调速器。采用机电合柜形式。
方案二.保存原调速器主配压阀，往掉原调速器中除主配压阀以外的其他部分，采用步进电机替换电液转换器，采用pcc可编程智能调节器替换原模拟电子调节器。采用机电合柜形式。
由于主配压阀的结构形式为滑阀，主配压阀活塞与衬套之间的间隙所造成的渗漏就不可避免，为了减少主配压阀活塞与衬套之间的渗漏，就要在主配压阀活塞阀盘与衬套与窗口之间加大搭叠量，而搭叠量加大了调速器机械死区。由于主配压阀活塞与衬套之间的间隙所造成的渗漏不可避免，因此在手动运行时就需要机械反馈来补偿，否则，接力器就要漂移。
由于漾头水电站原调速系统没有采用机械反馈。因此，在设备改造时，必须采用无钢丝绳反馈（或杠杆反馈）结构，只采用电气反馈。如采用方案二即保存原调速器主配压阀，手动运行时溜负荷。由于溜负荷，增加了运行职员的劳动强度。而采用方案一数字阀调速器则能解决这一困难。
综上所述采用方案一较为理想。
为了适应机组安全稳定运行要求，实现水电站“无人值班”（少人值守），铜仁市地方电力公司漾头水电站经过调查研究，选用天津市科音自控设备有限公司研制的新一代调速器：zfst-100型数字阀pcc可编程智能调速器，对原调速器进行了整机更换改造，实现了在轴流转浆式水轮发电机组上应用数字阀 可编程计算机控制器的智能调速器。
3．数字阀pcc可编程智能调速器
结合水轮机调速器的特殊性，zfst-100型数字阀pcc可编程智能调速器，选用不同于常规plc的新一代可编程控制产品－pcc，即从贝加莱公司（b&r）进口的可编程计算机控制器b&r2003。它面向自动化过程，而不是面向继电器逻辑电路，这就是b&r2003的理念。pcc代表着一个全新的控制概念，它集成了可编程逻辑控制器(plc)的标准控制功能和产业计算机的分时多任务操纵系统功能。它能方便地处理开关量，模拟量，进行回路调节。并能用高级语言编程，具备大型机的分析运算能力。其硬件具有*特新奇的插拔式模块结构，可使系统得到灵活多样的扩展和组合。软件也具备模块结构，系统扩展时只需在原有基础上叠加运用软件模块。cpu运行效，用户存储器容量大。这些优越性都为智能式水轮机调速器提供了强有力的资源保证。
在电气机械转换方面，采用电磁球阀替换电液转换器；在放大级采用二通插装阀替换主配压阀。调速器从总体上降低了对油质的要求，从根本上避免了电液转换器发卡的弊病。由于数字阀技术是采用高速电磁球阀为先导阀，以二通插装阀为主阀，而且插装阀的密封形式为锥阀，因此数字阀又具有液压锁的功能，有效地避免了接力器的漂移，因此主接力器*机械反馈。所以数字阀调速器在漾头水电站的应用，可以以较小的改动，达到整机改造的目的。由于该系统的先导电磁球阀又具有手动阀及事故阀的功能，减化了调速器内部结构，从结构上减化了整个调速系统。所以该型调速器实现了真正意义上的无杠杆，无管路；在结构上采用集成块的形式，外形简洁明快，可靠性极高，性能优良。由于*机械反馈，该型调速器在机组的布置上可不受任何限制，厂房整洁，美观。
3.1主要特点
1)全新的控制理念。采用不同于常规plc的新一代可编程计算机控制器--pcc，面向控制过程，能采用高级语言，分析运算能力强，在同一cpu中能同时运行不同程序。程序运行时仅扫描部分程序，效率很高。
2)全pcc化，具有极高的可靠性。从输进到输出,从测频到控制脉冲等各环节均实现了pcc化。pcc的均匀无故障时间mtbf高达50万小时，即57年。常规plc的均匀无故障时间mtbf为30万小时。
3）多任务的优点。在传统plc中，并行处理是靠程序扫描来完成的。但事实上多任务才是并行处理的逻辑表达式，更简单直接的方法就是采用多任务技术。pcc恰恰可以满足这种需求，当某一任务在等待时，其他任务仍可继续执行，非其他常规plc可以相比。
4）智能型调速器。采用自适应式变结构，变参数并联pid调节。自动识别电网的性质，并自动适应电站的各种特殊运行方式，如孤网运行，及由大电网解列为小电网运行的突变负荷等特殊情况，均可保证机组稳定运行。人性化设计，具有很强的自诊断、防错、纠错及容错功能。
5）采用pcc高速计数模块(hsc)测频。pcc高达6.3mhz的计数频率，具有很高的测频精度和可靠性，从而使调速器的输进通道－测频环节的可靠性有了根本的保证。
6）由pcc实现信号综合及控制脉冲的输出。调节器的电气开度（数字信号），和转换为数字信号的接力器实际位移由pcc内部进行综合比较，输出控制脉冲信号，经功率放大后，直接驱动先导电磁阀。充分发挥了pcc多任务的功能。
7）联网方便。具有rs232或rs485通讯接口，可以方便地实现人机对话，及与上位机通讯，进步电站的自动化水平。
8）调节模式灵活。可实现频率调节，开度调节，功率调节，并可实现调节模式间的无扰动切换。
9）pcc的大内存，为智能型调速器提供了资源保。用户内存：1.5mbflashprom，远大于常规plc10kb左右的内存。
10)采用电磁球阀做为电液转换元件。彻底解决了常规调速器电液转换元件油污发卡的题目，使电站可以实现完全可靠的自动运行。
11)可以适应电站的各种特殊运行方式。如孤网运行，及由大电网解列为小
电网运行的突变负荷等特殊情况，均可保证机组稳定运行。
12)具有故障锁锭的功能。由于数字阀只有通/断两个状态，且数字阀采用锥阀密封可以保证在31.5mpa下无泄漏，所以，数字阀又具有液压锁的功能，因此该系列调速器在测频信号消失及断电等情况下，具有故障锁锭的功能。
13)无杠杆结构。该系列调速器采用了数字阀液压随动系统，自动时有电气返馈，手动*反馈，因此取消了杠杆，了由于杠杆造成的死区，进步了调速系统的精度，而且无管路，结构简单，美观。
14)友好的人机界面。采用触摸屏做为人机界面，画面美观逼真，全中文显示，操纵方便，可以同时显示很多信息。
15)维护简单调试方便。由于pcc的高度集成化和高可靠性，对于运行维护职员没有太高的特殊要求，调试只需设定有关数字，没有太多的电位器等可调元件。
16)采用数字协联方式。桨叶随动系统正确度高。
17)零扰动手/自动切换。由于自动运行时，电磁球阀每次动作后都处于失电状态；而切断电源即为手动运行。手动运行时，电子调节器跟踪接力器的实际开度。因此数字阀调速器实现了零扰动手/自动切换
3．2主要功能
zfst-100型数字阀pcc可编程智能调速器具有自动、电手动、手动三种操纵方式，且可无条件无扰动切换。具有很多功能，实用性智能性很强，除常规功能外具有如下主要功能。
1）空载运行时，能自动跟踪系统频率,实现快速并网。
2）具有频率调节、开度调节、功率调节三种模式，并可实现调节模式间的无扰动切换。功率调节模式下，可接受上位机控制指令，实现发电自动控制功能(agc)。
3）具有很强的自诊断、防错、纠错及容错功能，并可将有关故障信息显示在屏幕上，或发出报警信号。
4）与上位机通讯的功能，接受上位机的控制命令，给上位机传送有关信息。
5）开停机智能控制。
6）具有参数记忆功能。当电源失电时，pcc可保存数据存储器的内容，使运行职员可以方便地修改有关参数并被记忆。
7）具有水位调节功能。
8）多级密码保护功能。持有密码级别的高低，决定了对系统行使权利的大小。运行职员只能观察到常规显示画面并进行常规操纵，检验职员或治理职员可对调节参数等进行修改。
9)采用交直流双重供电，当交流电源故障时，直流电源自动投进，直流电源故障时，保持当前开度不变。
10)空载运行，当机频信号消失时，自动将开度保持在空载开度以下，以防过速。并网运行，当机频信号消失时，自动切换为网频丈量回路，保持正常发电运行，同时发出机频故障信号。
3.3调速器工作过程
数字阀pcc智能调速器的结构框图如图1所示。
调速器自动运行时，接收到开机令后，按照预先设定好的开机规律开机。当网频丈量正常时，调速器自动选择频率调节模式，pcc按照机频与网频的差值进行pid运算，为实现快速并网作好预备；当网频丈量故障时，自动切换为开度调节模式，pcc按照机频与频率给定的差值进行pid运算。pcc根据电气开度和实际开度的差值输出脉宽调制（pwm）信号，经功率放大后驱动电磁球阀，调节导叶开度，使机组自动运行于空载工况。
并网后，如为并大电网运行，自动切换为开度调节模式。如为孤网运行，自动选择频率调节模式。通过上位机或触摸屏改变功率给定值，调节器经pi运算后，实现负荷调节。接到停机令后，调速器自动将机组关机，完成停机过程。
4．现场试验结果
现场进行了静态，动态试验，**台调速器现场试验如下：
1）转速死区：0.015
2)空载扰动试验
调速器自动运行，选择多组pid调节参数，选取频率摆动值和超调量较小，稳定快、调节次数少的一组调节参数，作为空载运行参数,即:bt=45，td=20，tn=0.5
上扰：48.00hz至52.00hz，下扰：52.00hz至48.00hz
pid调节参数
上扰/下扰
较高(低)值（hz）
调节次数（次）
调节时间（s）

        bt=45


        td=20


        tn=0.5


        上扰

52.03
1

        8

下扰
47.46
1
7
3)空载频率摆动值
将调速器切至自动位置，pid调节参数为上步试验优选出的空载运行参数，机组开至额定转速。机组运行稳定后观察机组频率摆动值，每次三分钟，共三次，取均匀摆动值。 
        
        较大值 

        较小值

fj（hz）

        50.03


        49.98


        fj（hz）


        50.02


        49.96


        fj（hz）


        50.04


        49.99

自动空载频率摆动值：±0.06
4）甩25额定负荷，接力器不动时间为0.18s。
5）甩100额定负荷，转速较大上升为额定转速的133.6，超过3额定转速的波峰次数为1次，从接力器**次向开启方向移动起，到机组转速摆动值不超过±0.5为止所经历的时间为27s。
6）突变负荷试验
突增，突减25额定负荷，非常迅速地稳定在新的工况，完全符合电站实际运行的要求。
5．结束语
试验结果表明，天津市科音自控设备有限公司生产的zfst-100型数字阀pcc可编程智能调速器的各项性能指标均优于国家标准“水轮机调速器与油压装置技术条件gb9652.1-1997”。**台投进运行已有两年，第二台投进运行已有一年，实践表明，调速器未出现任何故障，运行职员操纵简单，维护工作量很少，大大减轻了劳动强度，并减少了运行职员。该型调速器完全满足电站“无人值班”（少人值守）的要求。调速器的成功改造，给漾头水电站带来了非常可观的经济效益。

PLC输入/输出点数的“扩展”方法

（2） 减少所需plc的输出点数

对于通断状态完全相同的负载，在plc的输出端点功率允许的情况下可并联于同一输出端点，即一个输出端点带多个负载。例如输出信号灯与负载并联，如图5所示，这样可减少一半输出点数。但要注意不能超出每个端点的允许负载能力。

此外，还可采用三线-八线编码、译码方法，只增加少量的外部元件，即可实现将8个显示输出口减少为3个输出口。

2.3 通过软件编程减少电路i/o点数

（1） 用一个按钮实现起动和停止

一般情况下，plc控制的外部设备至少要有1个起动按钮和1个总停止按钮作为输入信号，来控制程序的运行和停止

PLC输入/输出点数的“扩展”方法

1 引言

近几年来，可编程序控制器（plc）以其可靠性高、适应性强、灵活性好、编程简单、掌握等特性，在各个领域发挥越来越重要的作用。在plc控制系统中，plc作为主要控制设备，必然与控制对象中各种输入信号（如按钮、限位开关、拔动开关、继电器的触点及其它信号等）和输出设备（如继电器线圈、接触器线圈、电磁阀等执行元件）相关联。在实际工作中，由于受plc应用系统规模的限制，plc输入/输出点数往往不够用。为此若采用扩展输入/输出单元或更换点数更多的plc来解决有时又不合算，为了降低系统硬件的成本，常常采用各种技巧减少系统占用的输入/输出点数，相当于扩展了plc的i/o点数。本文从硬件、软件两个方面介绍在不增加硬件情况下“扩展”plci/o点数的几种方法。

2 “扩展”i/o点数的方法

2.1 分组输入

有些plc控制既有“手动控制”又有“自动控制”，而自动控制程序和手动控制程序不会同时执行，这时可将自动与手动信号按不同控制状态要求分组接入plc输入端子，如图1所示（本文以三菱fx2小型plc编号分配为例进行梯形图设计）。图1中sa用来选择自动/手动程序，供自动/手动切换之用，sb2和sb1按钮都使用x0输入端，但它们不会同时起作用，图1中的二极管用来切断寄生信号，避免错误信号的产生。这样，通过plc的硬件公共点（com）接线的转换和软件分时执行各自不同的用户程序段的方法，使得plc的一个输入点可分别反应两个输入信号的状态，起到两个输入点的作用，来完成plc在两种工作状态下的输入功能，提高了plc输入点的利用效率，相当于扩展了plc的输入点的实际数量。其它x1-x7端相似。

2.2 采用硬件接线完成简单的“与”、“或”逻辑，减少电路i/o点数

（1） 减少电路输入点数

图2是一个由继电器、接触器组成的电动机起动、停止两地控制电路，可以实现电动机在两个地方起动、停止的控制。如将此电路改为plc控制，plc输入电路有多种接法，对应的梯形图也有多种。从图3和图4这两种接线图及相应的梯形图可以看出：图3的接线占用输入较多（共5个），梯形图也显得复杂，但判断输入设备故障时形象较直观。当plc输入点比较紧张时，可采用图4所示的输入接线图，它占用plc输入点较少（共3个），相应的梯形图也比较简单。